[发明专利]一种钛基金属氧化物-碳锂离子电池负极材料的合成方法

说明书

在本发明中，用钛有机化合物与碳的复合体(Ti_lL_m)_n‑C作原料，与其它金属化合物(MX_h)在溶剂热条件下反应生成含钛多种金属离子的金属有机聚合物(Ti_lM_kL_m)_n‑C（其中M表示其他金属原子，L表示配体），然后在惰性气氛中温度400℃～950℃下将（Ti_lM_kL_m)_n‑C分解1～5h得到得目的产物钛基金属氧化物‑碳锂离子电池负极材料Ti_lM_kO_n‑C。

技术领域

本发明涉及一种钛基金属氧化物-碳复合材料的合成方法，并把该材料用作锂离子电池的负极材料。

背景技术

随着锂离子电池技术在电动车行业、航空产业产品、电子设备方面等的运用日益增多，对锂离子电池的性能提出了更高的要求，而电极材料是提高锂离子电池性能的关键性因素。在负极材料方面，目前商业化的锂离子电池负极材料大多都是石墨，石墨的理论嵌锂容量为372m Ah/g，其结晶完整并具有高取向性，在锂离子嵌入和脱出的过程中，会产生10％左右的体积膨胀和收缩，其层状结构在循环过程中易被破坏。另外在循环过程中难免会有电解质溶剂共嵌于石墨层间，会产生气体膨胀，致使石墨片层剥落，造成活性物质不可逆损失以及固体电解质界面膜(SEI膜)的不断被破坏和重生，消耗锂离子，从而导致循环寿命缩短。由于全球锂矿资源存储数量有限，加之分布不均，锂矿价格不断攀升，导致锂电池成本高居不下，人们开始关注锂离子电池的替代品钠离子电池。

近年来有许多研究TiO₂作为锂电池负极材料的报道，这些报道表明TiO₂是一种具有潜力的锂电池基础负极材料。TiO₂在地球上储量丰富、价格较低、无毒、对环境友好、在充放电时体积变化小（小于4%）、导锂离子性能好而且电子导电性随锂离子的嵌入而增强作为锂电池的负极材料，锐钛矿型 TiO₂ 的理论容量为 335 mAg^-1 (以生成LiTiO₂计算)。这一容量相对于目前锂离子电池市场对锂电池产品的要求仍然显得太低，有必要进一步提高它的容量和其它电化学性能。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种材料的合成方法，把以钛氧化物为主要成分兼含其它金属氧化物的复合金属氧化物与导电的碳材料添加剂复合在一起，制备出高性能的钛基金属氧化物-碳锂离子电池负极材料，以及把该材料用作锂离子电池的负极材料。

本发明具体公开了一种钛基金属氧化物-碳锂离子电池负极材料Ti_lM_kO_n-C的制备方法其特征在于：

步骤S1：将钛有机化合物、碳材料、其他金属化合物(MX_h)、多元醇和分散剂混合加入到均相反应器中，搅拌发生聚合反应，形成带有碳材料的聚合物混合浆料，抽滤得到含钛离子和其它金属离子的金属有机聚合物Ti_lM_kL_m-C （其中M表示其他金属原子，L表示配体）;

步骤S2：将金属有机聚合物Ti_lM_kL_m-C在惰性气氛下高温分解得到钛基金属氧化物-碳锂离子电池负极材料Ti_lM_kO_n-C。

优选的，所述的步骤S1中钛有机化合物选自钛酯（Ti(OCR₁R₂R₃)₄）（其中R₁、R₂、R₃是烷基合氢原子）和乙酰丙酮氧化钛TiO(acac)₂ (acac是乙酰丙酮配体)的一种或多种组合。